一种可电励磁的交流电机控制方法技术

一种可电励磁的交流电机控制方法涉及发电和电动状态下的控制方法。应用如下装置，装置包括：励磁回路、电机、变流器、控制器四部分；励磁回路的输入为直流电源，输出通过电机的励磁绕组与电机相连；励磁回路的输入与输出连接方式是通过一个全控型开关元件直接连接或者两个全控型开关元件组成的半桥连接或者四个全控型开关元件组成的H桥连接；变流器的交流侧与电机的三相绕组相连，直流侧与负载/电源连接；控制器通过引脚输入的瞬时工作点参数以及内部存储的效率特性曲线，确定最高效工作点，并将该最高效工作点对应的数值作为后续PI调节器的给定值；控制器控制变流器中开关元件的导通和关断。本发明专利技术使得电机总的可控损耗减小。

【技术实现步骤摘要】
一种可电励磁的交流电机控制方法
本专利技术涉及用于可电励磁的电机在发电和电动状态下的控制方法，尤其是对三相可电励磁的电机的可控整流/逆变及励磁控制方法，可实现电机的高效运行。
技术介绍
整流器用于将交流电压转变为直流电压。传统整流器采用二极管作为整流元件，但是其导通压降大，且不可控，会引起较大的整流损耗。针对这一缺陷，现已出现相关可控整流技术采用可控制其通/断的全控型开关元件以降低整流损耗。该类元件特性为导通压降低，且通过对该类元件的控制可以实现对直流侧电压/电流的幅值控制，也可实现对交流电压/电流的相位、波形、幅值控制，进而实现整流损耗的降低。然而，可控整流技术不仅可以实现对直流电压的控制，也不仅仅可以降低整流损耗，同时，根据上述对直流、交流的电压和电流影响，可控整流还极大程度上影响着电机的铜耗。特别地，铜损、铁耗、整流损耗这几个可控损耗在电机总损耗中占据极大比重。另，逆变技术也有如上相同的结论。传统车用同步发电机励磁调节器仅仅用于直流电压稳定作用。然而，励磁电流影响着电机内部的磁密分布及磁路饱和情况，会在很大程度上影响电机的铁损和电动势，进而影响到绕组的电流和铜耗。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种可电励磁的交流电机控制方法，其特征在于，应用如下装置，该装置包括：励磁回路1、电机2、变流器3、控制器4四部分；励磁回路1的输入为直流电源UE，输出通过电机2的励磁绕组14与电机2相连；励磁回路1的输入与输出连接方式是通过一个全控型开关元件直接连接或者两个全控型开关元件组成的半桥连接或者四个全控型开关元件组成的H桥连接；变流器3是由六个全控型开关元件S1-S631-36组成的三相桥，变流器3的交流侧与电机2的三相绕组相连，直流侧与负载/电源连接；控制器4是一种微处理器；当控制器4的输入包含变流器3的直流侧电压UDC时，变流器3的直流侧并联一个电压传感元件，电压传感元件的输出连接控制器4的一个输入引脚51；当控制器4的输入包含变流器3的直流侧电流IDC时，变流器3的直流侧安装一个电流传感元件，电流传感元件的输出连接控制器4的一个输入引脚51；当控制器4的输入包含电机2的三相电流时，电机2的三相绕组安装上电流传感元件，电流传感元件的输出连接控制器4的三个输入引脚51；当控制器4的输入包含励磁回路1中的励磁电流If时，电流传感元件安装在励磁回路1中，电流传感元件的输出连接控制器4的一个输入引脚51；当控制器4的输入包含电机2转子位置或转速时，位置传感元件安装于电机2中，位置传感器的输出连接控制器4的一个输入引脚51；当控制器4的输入包含电机2的三相绕组的相电压时，电机2的三相绕组与三个电压传感元件相接，其中，每一相绕组与一个电压传感元件的一个输入端相连，三相绕组的中性点与电压传感元件的另一个参考输入端相连，每一个电压传感元件的输出端与控制器4的一个输入引脚51相连；当控制器4的输入包含电机2的三相绕组的线电压时，电机2的三相绕组与三个电压传感元件相接，其中，三相绕组中的两相与电压传感元件的两个输入端连接，每一个电压传感元件的输出端与控制器4的一个输入引脚51相连；控制器4的输出引脚分为两组，一组输出引脚与变流器3的六支全控型开关元件的控制端相连，分别对应输出的控制信号为G1～G6；另一组输出引脚与励磁回路1中的1个或半桥中的2个或H桥中的4个全控型开关元件的控制端相连，对应输出的控制信号为GE。控制器4通过引脚51输入瞬时工作点参数，瞬时工作点参数包括：变流器3的直流侧电压UDC；或变流器3的直流侧电压UDC和励磁电流If；或变流器3的直流侧电压UDC和励磁电流If和变流器3的直流侧电流IDC；或变流器3的直流侧电压UDC和励磁电流If和电机输出三相电流中的两相电流；或变流器3的直流侧电压UDC和励磁电流If和电机三相电流；或变流器3的直流侧电压UDC和励磁电流If和电机三相的两个线电压或变流器3的直流侧电压UDC和励磁电流If和电机的三个线电压。进一步，控制器4通过引脚51输入的瞬时工作点参数以及内部存储的效率特性曲线，确定最高效工作点，并将该最高效工作点对应的数值作为后续PI调节器的给定值；通过控制器4中的PI调节器的调节，以及信号调制器的调制，控制器4输出控制信号G1～G6与GE，分别控制变流器3中六个开关元件S1-S631-36以及励磁回路1中的1个或半桥中的2个或H桥中的4个全控型开关元件的导通和关断。进一步，当效率特性曲线为三维或三维以上的曲线时，对曲线进行降维处理。本专利技术的任务是：一种针对可电励磁的交流电机控制方法，其拓扑结构如图1所示，包括：励磁回路1、电机2、变流器3、控制器4四部分。其中，电机2为一种可电励磁的交流电机。励磁回路1的输入为直流电源UE，输出接电机2励磁绕组14，其作用为：通过控制信号GE对励磁回路2中全控型开关元件的控制，调节励磁电流的大小和方向，从而影响到电机2内部的磁密分布及磁路饱和情况，进而影响电机的铁耗和铜耗等损耗。变流器3的交流侧与电机2的三相绕组相连，直流侧与负载/电源连接，变流器3由六个全控型开关元件31-36（S1-S6）组成，其作用在于：通过控制信号G1-G6对全控型开关元件31-36（S1-S6）的导通和关断控制，实现对部分/全部瞬时工作点的参数的调节，同时影响到电机整流损耗和铜耗等损耗。控制器4的输入为瞬时工作点参数，输出为两组控制信号GE与G1-G6，其作用在于：根据瞬时工作点参数以及控制器内部存储的效率特征曲线，经过计算分析，输出两组控制信号GE与G1-G6，并分别用于控制励磁回路中全控型开关元件和变流器中全控型开关元件31-36（S1-S6）的导通和关断，使得电机可控损耗（铜耗、铁耗、整流损耗等）减小，进而提高电机工作效率。根据本专利技术，该任务通过在权利要求1中所述的特征来解决。本专利技术的其他扩展方案均从属于权利要求主题。本专利技术的主要思想在于：针对可电励磁的交流电机，根据励磁电流对铜耗、铁耗的影响，以及变流器控制方法对铜耗及整流损耗的影响，获取相关的效率特性曲线，并利用效率特性曲线和瞬时工作点参数作为输入量，设计了一种励磁-变流器协同调节器，通过该调节器的控制，使得电机的铜耗、铁耗等可控损耗之和降低，提高电机运行效率。其中，瞬时工作点参数的选取是依据对效率产生影响的特征参数以及控制中需要用到的一些反馈量而定的。效率特性曲线为特征参数组与效率的关系曲线，其中，特征参数组隶属于瞬时工作点参数，是其中的一个或多个参数的组合。特别地，该特征参数组是励磁和变流器对效率影响的重要体现，并且也决定着励磁和变流器控制对效率的影响。该效率特性曲线是预先确定好并已存入控制器内部的数据，在使用时可以直接读取，无需实时测取，减小了控制器的运算时间，提高了控制器执行效率。其中，瞬时工作点的参数选取如下：直流母线电压UDC或直流母线电压UDC和励磁电流If或直流母线电压UDC和励磁电流If和直流母线电流IDC或直流母线电压UDC和励磁电流If和电机输出三相电流中的两/三相或直流母线电压UDC和励磁电流If和电机转速n或转子位置θ或直流母线电压UDC和励磁电流If和电机输出三相电压。本专利技术所适用的电机类型为：可电励磁的交流电机。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可电励磁的交流电机控制方法，其特征在于，应用如下装置，该装置包括：励磁回路（1）、电机（2）、变流器（3）、控制器（4）四部分；励磁回路（1）的输入为直流电源UE，输出通过电机（2）的励磁绕组（14）与电机（2）相连；励磁回路（1）的输入与输出连接方式是通过一个全控型开关元件直接连接或者两个全控型开关元件组成的半桥连接或者四个全控型开关元件组成的H桥连接；变流器（3）是由六个全控型开关元件S1?S6（31?36）组成的三相桥，变流器（3）的交流侧与电机（2）的三相绕组相连，直流侧与负载/电源连接；控制器（4）是一种微处理器；当控制器（4）的输入包含变流器（3）的直流侧电压UDC时，变流器（3）的直流侧并联一个电压传感元件，电压传感元件的输出连接控制器（4）的一个输入引脚（51）；当控制器（4）的输入包含变流器（3）的直流侧电流IDC时，变流器（3）的直流侧安装一个电流传感元件，电流传感元件的输出连接控制器（4）的一个输入引脚（51）；当控制器（4）的输入包含电机（2）的三相电流时，电机（2）的三相绕组安装上电流传感元件，电流传感元件的输出连接控制器（4）的三个输入引脚（51）；当控制器（4）的输入包含励磁回路（1）中的励磁电流If时，电流传感元件安装在励磁回路（1）中，电流传感元件的输出连接控制器（4）的一个输入引脚（51）；当控制器（4）的输入包含电机（2）转子位置或转速时，位置传感元件安装于电机（2）中，位置传感器的输出连接控制器（4）的一个输入引脚（51）；当控制器（4）的输入包含电机（2）的三相绕组的相电压时，电机（2）的三相绕组与三个电压传感元件相接，其中，每一相绕组与一个电压传感元件的一个输入端相连，三相绕组的中性点与电压传感元件的另一个参考输入端相连，每一个电压传感元件的输出端与控制 器（4）的一个输入引脚（51）相连；当控制器（4）的输入包含电机（2）的三相绕组的线电压时，电机（2）的三相绕组与三个电压传感元件相接，其中，三相绕组中的两相与电压传感元件的两个输入端连接，每一个电压传感元件的输出端与控制器（4）的一个输入引脚（51）相连；控制器（4）的输出引脚分为两组，一组输出引脚与变流器（3）的六支全控型开关元件的控制端相连，分别对应输出的控制信号为G1～G6；另一组输出引脚与励磁回路（1）中的1个或半桥中的2个或H桥中的4个全控型开关元件的控制端相连，对应输出的控制信号为GE。...

【技术特征摘要】
1.一种可电励磁的交流电机控制方法，其特征在于，应用如下装置，该装置包括：励磁回路(1)、电机(2)、变流器(3)、控制器(4)四部分；励磁回路(1)的输入为直流电源UE，输出通过电机(2)的励磁绕组(14)与电机(2)相连；励磁回路(1)的输入与输出连接方式是通过一个全控型开关元件直接连接或者两个全控型开关元件组成的半桥连接或者四个全控型开关元件组成的H桥连接；通过控制信号GE对励磁回路(1)中全控型开关元件的控制，调节励磁电流If的大小和方向；UE可以是独立电源，也可以与变流器3的直流侧连接；电机(2)为可电励磁的交流电机，可以是发电机，也可以是电动机，还可以是发电/电动一体化电机；变流器(3)是由六个全控型开关元件S1-S6(31-36)组成的三相桥，变流器(3)的交流侧与电机(2)的三相绕组相连，直流侧与负载/电源连接；控制器(4)是一种微处理器；当控制器(4)的输入包含变流器(3)的直流侧电压UDC时，变流器(3)的直流侧并联一个电压传感元件，电压传感元件的输出连接控制器(4)的一个输入引脚(51)；当控制器(4)的输入包含变流器(3)的直流侧电流IDC时，变流器(3)的直流侧安装一个电流传感元件，电流传感元件的输出连接控制器(4)的一个输入引脚(51)；当控制器(4)的输入包含电机(2)的三相电流时，电机(2)的三相绕组安装上电流传感元件，电流传感元件的输出连接控制器(4)的三个输入引脚(51)；当控制器(4)的输入包含励磁回路(1)中的励磁电流If时，电流传感元件安装在励磁回路(1)中，电流传感元件的输出连接控制器(4)的一个输入引脚(51)；当控制器(4)的输入包含电机(2)转子位置或转速时，位置传感元件安装于电机(2)中，位置传感器的输出连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家群，蒋杰，吴跃乐，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
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